Sensitivity assessment of lawn grasses to salt pollution of Moscow soil-like grounds by laboratory phytotesting

Abstract

A significant factor contributing to the degradation of turfgrass in urban areas is the use of chloride-sodium anti-icing agents (AIA). Despite extensive research on the salinization of urban soils, studies assessing the impact of sodium chloride on turf grasses are insufficient. This work evaluated the phytotoxicity of the most common grasses used for lawns in Moscow: red fescue (Festuca rubra L.), creeping bentgrass (Agrostis stolonifera L.), perennial ryegrass (Lolium perenne L.), and white clover (Trifolium repens L.), using the laboratory phytotesting method. The plants were exposed for seven days to soil mixtures with sodium chloride concentrations of 0.1%, 0.5%, and 1.5% (w.). The observed parameters were «root length of seedlings», «shoot length of seedlings», and «seed germination». The studied species showed different levels of sensitivity to soil salinization, and the study highlighted the importance of simultaneous analysis of various growth and development parameters for making informed decisions on the optimal plant species for urban greening. The greatest differences in phytotoxicity were found in the «root length» parameter at high concentrations of AIA (1.5%) and in the «seed germination» parameter across the entire range of salt contamination. The proposed algorithm for selecting optimal plant species in saline soil conditions suggests starting by analyzing phytotoxicity results based on germination, selecting plants with minimal inhibition of this parameter. Then, among these, choose those that also showed the lowest phytotoxicity in terms of root and shoot length. Based on the results of the study, creeping bentgrass is recommended as a universal salt-tolerant species, along with perennial ryegrass at sodium chloride concentrations of 0.1% and 0.5%.

References

1.    Брянская И.П., Васенев В.И., Брыкова Р.А. и др. Анализ ввозимых почвогрунтов для прогнозирования запасов углерода в почвенных конструкциях московского мегаполиса // Почвоведение. 2020. № 12. https://doi.org/10.31857/S0032180X20120047
2.    Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. М., 1986.  
3.    Гальченко С.В., Чердакова А.С. Экспериментальная оценка протекторных свойств гуминового препарата по отношению к культурным растениям в условиях солевого стресса // Вестн. РУДН. Сер.: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2024. Т. 32, № 1. https://doi.org/10.22363/2313-2310-2024-32-1-16-31
4.    Гладков Е.А., Евсюков С.В., Шевякова Н.И. и др. Влияние противогололедных реагентов на газонные травы // Известия Самарского научного центра РАН. 2016. Т. 18, № 5.
5.    Гузакова Д.М. Влияние засоления на ранних этапах онтогенеза на примере злаков / Эволюционные и экологические аспекты изучения живой материи. Материалы I Всероссийской научной конференции. 2017.
6.    Жарикова Е.А., Голодная О.М. К вопросу о почвах городских газонов (на примере городов Приморья) // Вестн. ДВО РАН. 2019. № 4.
https://doi.org/10.25808/08697698.2019.206.4.014
7.    Королев Е.С., Пашкевич Е.Б., Болышева Т.Н. Влияние дробного внесения разных доз комплексных удобрений на физиологические показатели растений длительно эксплуатируемых газонов в г. Москве // Проблемы агрохимии и экологии. 2022. № 2.
https://doi.org/10.26178/AE.2022.24.75.006
8.    Лисовицкая О.В., Терехова В.А. Фитотестирование: основные подходы, проблемы лабораторного метода и современные решения // Доклады по экологическому почвоведению. 2010. № 1. Вып. 13.
9.    Мазина С.Е., Басарыгин Ю.М., Серегина А.И. и др. Влияние антигололедных реагентов на состояние почвенно-травяного покрова газонов города Москвы // Экология урбанизированных территорий. 2016. № 1.
10.    Никифорова Е.М., Кошелева Н.Е., Власов Д.В. Мониторинг засоления снега и почв Восточного округа Москвы противогололедными смесями // Фундаментальные исследования. 2014. № 11.
11.    Николаева О.В., Терехова В.А. Совершенствование лабораторного фитотестирования для экотоксикологической оценки почв // Почвоведение. 2017. № 9.
https://doi.org/10.7868/S0032180X17090052
12.    Постановление Правительства Москвы от 10 сентября 2002 г. № 743-ПП. Приложение 1. Правила создания, содержания и охраны зеленых насаждений и природных сообществ города Москвы: ред. от 04.10.2017.
13.    Пукальчик М.А., Терехова В.А., Карпухин М.М. и др. Сравнение элюатных и контактных методов биотестирования при оценке почв, загрязненных тяжелыми металл(оид)ами // Почвоведение. 2019. № 4. https://doi.org/10.1134/S0032180X19040117
14.    Раджабов Р.А., Дорожкина Л.А., Янишевская О.Л. Анализ существующего положения по выполнению озеленительных работ в г. Москве и совершенствованию технологии выращивания газонов // Известия ТСХА. 2007. № 3.
15.    Braun R.C., Mandal P., Nwachukwu E. et al. The role of turfgrasses in environmental protection and their benefits to humans: Thirty years later // Crop Science. 2024. Vol. 64. https://doi.org/10.1002/csc2.21383
16.    Buru T., Buta E., Cantor M. et al. Seed germination rate of different turfgrass mixtures under controlled conditions // Scientific Papers. Series B, Horticulture. 2021. Vol. LXV, № 1. https://horticulturejournal.usamv.ro/pdf/2021/issue_1/Art82.pdf
17.    Diener A., Mudu P. How can vegetation protect us from air pollution? A critical review on green spaces' mitigation abilities for air-borne particles from a public health perspective — with implications for urban planning // Science of The Total Environment. 2021. Vol. 796. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.148605
18.    Ebrahimi R., Bhatla S.C. Effect of Sodium Chloride Levels on Growth, Water Status, Uptake, Transport, and Accumulation Pattern of Sodium and Chloride Ions in Young Sunflower Plants // Communications in Soil Science and Plant Analysis. 2011. Vol. 42. https://doi.org/10.1080/00103624.2011.552657
19.    Friell J., Watkins E. Review of cool-season turfgrasses for salt-affected roadsidesin cold climates // Crop Science. 2021. Vol. 61. https://doi.org/10.1002/csc2.20326
20.    Göran Blomqvist and Eva-Lotta Johansson. Airborne spreading and deposition of de-icing salt — a case study // Science of The Total Environment. 1999. Vol. 235. https://doi.org/10.1016/S0048-9697(99)00209-0
21.    Hanslin H.M., Eggen T. Salinity tolerance during germination of seashore halophytes and salt-tolerant grass cultivars // Seed Science Research. 2005. Vol. 15(1).  https://doi.org/10.1079/SSR2004196
22.    Ignatieva M., Ahrné K., Wissman J. et al. Lawn as a cultural and ecological phenomenon: a conceptual framework for transdisciplinary research // Urban Forestry & Urban Greening. 2015. Vol. 14. https://doi.org/10.1016/j.ufug.2015.04.003
23.    Mahajan S., Tuteja N. Cold, salinity and drought stresses: an overview // Arch Biochem Biophys. 2005. Vol. 442. https://doi.org/10.1016/j.abb.2005.10.018
24.    Milazzo F., Francksen R.M., Zavattaro L. et al. The role of grassland for erosion and flood mitigation in Europe: A meta-analysis // Agriculture, Ecosystems & Environment. 2023. Vol. 348. https://doi.org/10.1016/j.agee.2023.108443
25.    OCSPP 850.4230: Early Seedling Growth Toxicity Test, EPA 712-C‑010 (US Environmental Protection Agency), Washington. 2012.
26.    OECD. Test No. 208: Terrestrial Plant Test: Seedling Emergence and Seedling Growth Test. OECD Guidelines for the Testing of Chemicals. Section 2 OECD Publishing. Paris, 2006. https://doi.org/10.1787/20745761
27.    Parida A.K., Das A.B. Salt tolerance and salinity effects on plants: a review // Ecotoxicol Environ Saf. 2005. Vol. 60. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2004.06.010
28.    Larsen S.U., Andreasen C. Light and Heavy Turfgrass Seeds Differ in Germination Percentage and Mean Germination Thermal Time // Crop Science. 2004. Vol. 44(5).
https://doi.org/10.2135/cropsci2004.1710
29.    Zhang F., Qian H. A comprehensive review of the environmental benefits of urban green spaces // Environmental Research. 2024. Vol. 252. https://doi.org/10.1016/j.envres.2024.118837